Gehirn-Computer-Schnittstelle für die Kommunikation bei beatmeten Patienten

HINTERGRUND

Die Unfähigkeit, ihre grundlegendsten körperlichen Bedürfnisse konsistent und effektiv zu kommunizieren, ist ein großes Problem für künstlich beatmete Intensivpatienten. Patienten bewerten etwa 40 % der Kommunikationssitzungen als schwierig und mehr als ein Drittel der Kommunikation über Schmerzen als erfolglos. Pflegekräfte initiieren etwa 86 % aller Kommunikationsvorgänge, da es für einen stimmlosen Intensivpatienten normalerweise sehr schwierig ist, eine Kommunikation zu initiieren. Patienten auf der Intensivstation leiden daher häufig unter unerkannten Schmerzen und Beschwerden, Gefühlen von Kontrollverlust und Unsicherheit, Depersonalisation, Angstzuständen, Schlafstörungen, Angst und Frustration. Betreuer berichten auch häufig, dass sie sich ängstlich und frustriert fühlen, weil sie die Bedürfnisse ihrer Patienten nicht angemessen einschätzen können. Diese Unfähigkeit, effektiv zu kommunizieren, kann zu einer unangemessenen Verwendung von Beruhigungsmitteln und einer Verlängerung der am Beatmungsgerät verbrachten Zeit führen, was wiederum zu einer Verlängerung der Aufenthaltsdauer und der Kosten auf der Intensivstation führen kann. Darüber hinaus behindert die Unfähigkeit, mit Pflegekräften zu kommunizieren, die Fähigkeit kritisch kranker Patienten, aktiv an ihrer Behandlung und Entscheidungsfindung teilzunehmen, einschließlich Entscheidungen, lebenserhaltende Behandlungen abzubrechen oder zu verweigern.

Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung von Bildtafeln mit Symbolen, die allgemeine Patientenbedürfnisse und -beschwerden (Schmerzen, Angst, Hitze/Kälte, Durst, Bettpfanne usw.) darstellen, die Kommunikation zwischen Pflegekraft und Patient für Patienten in der postoperativen Phase am Beatmungsgerät verbessert. Diese Bildtafeln sind in den meisten Intensivstationen weit verbreitet und kommen einem aktuellen Standard für die Kommunikation mit stimmlosen mechanisch beatmeten Patienten am nächsten, um grundlegende körperliche und emotionale Bedürfnisse anzusprechen. Kürzlich durchgeführte Pilotstudien haben die Verwendung von computergestützter Kommunikation unter Verwendung von berührungsempfindlichen Bildschirmen, Augenblinzeldetektoren und Blickverfolgungsgeräten beschrieben, um die Kommunikation bei Patienten auf der Intensivstation zu ermöglichen. Die Mehrheit der in diesen Studien befragten Patienten und Krankenhausmitarbeiter gab an, dass die Verwendung eines computergestützten Kommunikationsgeräts die Fähigkeit verbessert, auf Patientenbedürfnisse zu reagieren und den Patientenkomfort zu verbessern. Blick- und Augenblinzel-Tracker-Systeme sind jedoch teuer, während berührungsempfindliche Bildschirme möglicherweise nicht für die vielen Patienten auf der Intensivstation mit Schwäche und Einschränkung der motorischen Fähigkeiten geeignet sind. Patienten auf der Intensivstation, insbesondere diejenigen mit neurologischen Erkrankungen, leiden häufig unter erheblicher Schwäche und Koordinationsverlust, was jedoch ihre Fähigkeit einschränkt, ihre Arme und Hände zu verwenden, um das entsprechende Element auf der Tafel anzuzeigen. Während Patienten auf der neuroICU häufig aufgrund einer fokalen Hirnverletzung geschwächt sind, kann etwa ein Viertel der Patienten, die eine mechanische Beatmung auf anderen Intensivstationen benötigen, eine erhebliche Schwäche aufgrund einer kritischen Neuropathie und Myopathie aufweisen, was ihre Fähigkeit einschränkt, ihre Hände zu verwenden, um das entsprechende Symbol auf a auszuwählen Bildtafel. Es gibt jedoch mehrere Patientenpopulationen, für die die Verwendung einer Bildtafel oder eines Touchscreens unmöglich ist, darunter Patienten mit hoher Rückenmarksverletzung, fortgeschrittener ALS und Hirnstammschlag, die stimmlos sind, aber typischerweise auch keine nützlichen motorischen Funktionen haben Glieder. Diese Patienten sind in unterschiedlichem Maße "eingeschlossen", wach und aufmerksam, haben jedoch keine Kontrolle über die Körperfunktionen oder die Fähigkeit, sich zu artikulieren und unter Verwendung von Standardkommunikationsformen zu kommunizieren.

Die Verwendung von Brain Computer Interface (BCI)-Geräten zur Erleichterung der Kommunikation bei "stimmlosen" Patienten hat kürzlich Interesse geweckt. Ein BCI übersetzt absichtliche, freiwillige Modulation der zerebralen elektrischen Aktivität, die typischerweise durch Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet wird, in Computerbefehle. Eine Vielzahl von BCI-Geräten wurde verwendet, um Patienten mit fortgeschrittener amyotropher Lateralsklerose (ALS), hoher Rückenmarksverletzung und Hirnstammschlag mit dem Locked-in-Syndrom, die ihre Gliedmaßen nicht freiwillig verwenden können, die Kommunikation in unterschiedlichem Maße zu ermöglichen. Diese Geräte wurden typischerweise in der Rehabilitation, nach einer akuten medizinischen Erkrankung oder zu Hause evaluiert. Keine Studie hat die Verwendung eines BCI-Geräts zur Unterstützung der Kommunikation der typischen körperlichen und emotionalen Bedürfnisse/Beschwerden von Schwerkranken untersucht. Dies ist nicht nur für Patienten mit Rückenmarksverletzungen und Schlaganfällen von Bedeutung, von denen die meisten zunächst auf einer Intensivstation aufgenommen werden, sondern auch für die potenziell große Anzahl von Patienten auf der Intensivstation, die aufgrund einer kritischen Neuropathie keine Bildtafel oder ein anderes Fingerkontaktsystem verwenden können / Myopathie oder akute Hirnverletzung, die Schwäche verursacht. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung eines drahtlosen BCI-Systems, das auf visuell evozierten Potentialen (SSVEP) im Steady-State basiert, um die Kommunikation mit intubierten Patienten auf der Intensivstation zu erleichtern., Das in dieser Studie interessierende tragbare BCI-Gerät funktioniert durch visuelle Aufmerksamkeit für illustrative Symbole, die auf einem elektronischen Bildschirm angezeigt werden. Das Symbol, das ein allgemeines Bedürfnis eines Patienten auf der Intensivstation darstellen kann, wie z. B. die Notwendigkeit einer Neupositionierung, oder eine allgemeine Patientenbeschwerde, wie z. B. Schmerzen, kann als Symbol angezeigt werden. Der Patient kann dadurch kommunizieren, indem er sich einen bestimmten Gegenstand ansieht, der sein Bedürfnis oder seine Beschwerde darstellt. Dieses tragbare Gerät ist völlig nichtinvasiv und ohne signifikantes Risiko für Patienten, da es nur zur Aufzeichnung und Übersetzung von EEG-Signalen dient. Das Gerät kommuniziert drahtlos mit der Benutzerschnittstelle (UI), die entweder ein Tablet oder der Flachbildfernseher sein kann, der in jedem Patientenzimmer auf der Intensivstation vorhanden ist. Der vorgeschlagene Prototyp stellt eine Benutzerschnittstelle bereit, die grundlegende Funktionen umfasst, die typischerweise bei der Kommunikation zwischen Pflegekräften und Patienten auf der Intensivstation verwendet werden.

STUDIENDESIGN

Dies ist eine translationale Pilotstudie eines auf Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) basierenden BCI-Systems zur Erleichterung der Kommunikation bei intubierten Patienten. Nach Einholung der Einverständniserklärung des Patienten oder seines gesetzlichen Vertreters werden 30 Patienten von den medizinischen, chirurgischen, kardiologischen, kardiothorakalen und neurologischen Intensivstationen der University of Michigan, Ann Arbor, über einen Zeitraum von 12 Monaten rekrutiert. Die Genehmigung wurde vom Institutional Review Board der University of Michigan (HUM00095052) eingeholt.

Screening auf Delirium und Fähigkeit zur Teilnahme an der Studie:

Potenzielle Probanden werden von Mitgliedern des primären Intensivteams identifiziert, die dann einen Prüfarzt der Studie kontaktieren. Die Probanden müssen vor der weiteren Bewertung alle sedierenden Medikamente absetzen und wieder vollständig wach werden. Patienten, die die oben genannten Eignungskriterien erfüllen und der Teilnahme an der Studie zustimmen, werden dann weiteren Tests durch einen Prüfarzt unterzogen, um zu bestätigen, dass der Patient ausreichend wach und aufmerksam ist, um zu kommunizieren UND in der Lage ist, Elemente durch willkürlichen Fingerkontakt konsistent auszuwählen. Der Patient wird dann mit dem BCI-Gerät einer Screening-Bewertung unterzogen, um zu bestätigen, dass sein individuelles EEG-Signal vom Gerät erkannt und interpretiert werden kann.

Patientenbeschwerden/-bedürfnisse: Die Ermittler bewerten die Fähigkeit der Probanden, ein spezifisches Bedürfnis oder eine Beschwerde aus 10 allgemeinen Bedürfnissen/Beschwerden genau auszuwählen.

1. "Ich habe Schmerzen"
2. "Ich habe Schwierigkeiten beim Atmen"
3. "Ich muss abgesaugt werden"
4. "Ich muss Stuhlgang haben"
5. „Ich muss pinkeln/urinieren“
6. "Ich bin durstig"
7. "Ich bin hungrig"
8. "Ich muss meine Position im Bett ändern"
9. "Erhebe das Kopfende meines Bettes"
10. "Ich brauche meine Familie an meinem Bett"

Bildtafel: Die Durchführbarkeit der Kommunikation unter Verwendung des BCI-Geräts wird anhand einer Bildtafel mit illustrativen Symbolen bewertet, die die 10 oben genannten Bedürfnisse/Beschwerden als Vergleichsstandard darstellen, und um die Genauigkeit der Auswahl des geeigneten Symbols zu bestimmen. Die Symbole und Sätze auf der Bildtafel sind mit den Symbolen und Sätzen auf dem BCI-Gerät identisch

SPEZIFISCHES ZIEL 1:

Demonstration der Machbarkeit der Verwendung eines auf Steady State Visual Evoked Potential (SSVEP) basierenden Brain Computer Interface (BCI)-Geräts zur Erleichterung der Kommunikation allgemeiner Patientenbedürfnisse bei wachen, maschinell beatmeten Patienten auf der Intensivstation (ICU).

Hypothese 1: Mindestens 80 % der wachen beatmeten Patienten werden in der Lage sein, das anschauliche Symbol auf der Hirncomputerschnittstelle genau auszuwählen, das das physische oder emotionale Bedürfnis darstellt, das der Patient selbst als den häufigsten Auslöser für die Kommunikation mit der Krankenpflegekraft identifiziert hat während ihrer Aufnahme.

Orientierung an BCI und Bildtafel: Der Patient wird zunächst sowohl mit der Bildtafel als auch mit dem BCI-Gerät vertraut gemacht. Die Anleitung zur Verwendung des BCI-Geräts umfasst eine Demonstration der UI, eine Erklärung der Symbole auf der UI und den Mechanismus zur Auswahl eines Symbols durch fokussierte visuelle Aufmerksamkeit.

Bedarfsauswahl/ Beanstandung: Unmittelbar nach der Einweisung erfolgt eine Prüfung auf Genauigkeit des BCI-Geräts. Der Genauigkeitstest wird einmal für jeden Patienten durchgeführt, wobei der wichtigste Bedarf/die wichtigste Beschwerde für diesen Patienten verwendet wird. Der Patient wird gebeten, auf der BCI-Benutzeroberfläche den spezifischen Bedarf oder die Beschwerde als den häufigsten Grund für die Bitte um Unterstützung durch die Krankenpflegekraft während seiner Aufnahme unter den 10 bereitgestellten Patientenbedarfs-/Beschwerdeoptionen anzugeben. Die Auswahl von „Keines der oben Genannten/Sonstiges“ ist zulässig, der Patient wird jedoch vorab ausdrücklich angewiesen, aus den 10 bereitgestellten Möglichkeiten den Bedarf/die Beschwerde auszuwählen, die am ehesten auf seine Situation zutrifft. Der Patient wird dann aufgefordert, das GLEICHE Bedürfnis/die GLEICHE Beschwerde auf der Bildtafel per Fingerkontakt auszuwählen.

SPEZIFISCHES ZIEL 2:

Spezifisches Ziel 2: Ermittlung der Zufriedenheit von Patienten, Angehörigen und Krankenpflegern mit der Kommunikation mit dem BCI-Gerät und Erhebung von offenem Feedback als Richtschnur für zukünftige Geräteverbesserungen.

Hypothese 2: Mindestens 70 % der Patienten werden der Aussage „Mit dem Brain-Computerschnittstellengerät konnte ich meine Bedürfnisse der Krankenpflegekraft angemessen mitteilen“ „zustimmen“ oder „voll und ganz zustimmen“.

Unmittelbar nach der unter Spezifisches Ziel 1 beschriebenen Bewertung der Genauigkeit bewerten die Prüfärzte die Zufriedenheit von Patienten, Angehörigen und Krankenpflegern nach der Verwendung des Geräts als primäres Kommunikationsmittel am Krankenbett für 2 Stunden pro Tag an 3 aufeinanderfolgenden Tagen. Ein Delirscreening mit CAM-ICU und eine kurze neurologische Untersuchung zur Bestätigung der Fähigkeit des Patienten, das BCI-Gerät und die Bildtafel effektiv zu verwenden, werden vor der Verwendung des Geräts oder der Bildtafel an den folgenden Tagen (Tag 2 und 3) durchgeführt.

Am Ende der 3 Tage werden dem Patienten, allen anwesenden Familienmitgliedern und jeder Pflegekraft, die an den Tests teilgenommen hat, die kurzen Fragebögen ausgehändigt. Der Patientenfragebogen mit Optionen wird dem Patienten vorgelesen.

Statistische Analyse:

Der Anteil der Patienten, die Schritt 2 des Screenings bestehen und dann auch Schritt 3 bestehen, wird mit exakten binomialen 95 %-Konfidenzintervallen berechnet. Ein Anteil von mindestens 70 %, der Schritt 3 des Screenings besteht, ist die anfängliche Schwelle für die Durchführbarkeit, basierend auf klinischen Wertschätzungen. Die für die Orientierung am BCI-Gerät und an der Bildtafel benötigte Medianzeit mit Interquartilsabstand wird berechnet und mit dem Mann-Whitney-U-Test verglichen. Der Anteil der Patienten, die dasselbe Symbol auf der BCI-Benutzeroberfläche und der Bildtafel auswählen, wird mit exakten binomialen 95 %-Konfidenzintervallen berechnet. Bei der Bestimmung der Genauigkeit der Verwendung des BCI-Geräts schätzte eine Binomialanalyse, die mehrere BCI-Studien umfasste, das Wahrscheinlichkeitsniveau auf 63 % (α = 0,05, 60 Versuche). Basierend auf einer klinischen Schätzung dessen, was ein minimal nützliches Genauigkeitsniveau für ein Kommunikationsgerät wäre, liegt die Genauigkeitsschwelle in unserer Studie bei mindestens 80 % der Patienten, die eine Übereinstimmung bei der Auswahl ihres wichtigsten Bedürfnisses/Beschwerde auf dem BCI zeigen Gerät und die Bildtafel. Deskriptive Statistiken werden verwendet, um die Anteile der Patienten zu ermitteln, die Antworten auf jede der Zufriedenheitsfragen auswählen.